CN110336125B - 一种基于srr的双极化微带滤波天线 - Google Patents

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Abstract

一种基于SRR的双极化滤波天线，包括第一金属层、第二金属层、第一介质基板、第二介质基板、金属地；第一金属层印制在第一介质板上层，由一个贴片天线和四个开口谐振环组成；第二金属层印制在第一与第二介质板之间，由一个贴片天线和四个短路开口谐振环组成；短路开口谐振环由一个短路针、一个大开口谐振环和一个小开口谐振环组成；第二金属层与金属地通过短路针相连。第一金属层贴片内部有四个开口谐振环，在增益图高频段产生一个辐射零点；第二金属层贴片内部有四个短路开口谐振环，在增益图低频段产生两个辐射零点；所述天线有两层介质板，在增益图高频段产生一个辐射零点；介质板间无空气间隙；所述天线由两个同轴馈电，能实现双极化特性。

Description

一种基于SRR的双极化微带滤波天线
技术领域
本发明涉及天线工程领域，具体涉及一种基于SRR的双极化微带滤波天线。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，双频段或多频段的双极化天线被用来缓解信号的多径衰落，提高信道容量。为了满足不同系统的需求，不同的通信方式都有各自所需要的工作频段。然而，当其他频段接近工作频段时，来自其他频段的干扰会成为工作系统的一个问题。虽然增加天线单元之间的间距可以减少干扰，但是通信设备会变得笨重。而近年来，工作频带外辐射较低的滤波天线可以被用来有效抑制来自其他波段的干扰。
X.Y.Zhang等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.65,no.1,pp.103-113,Jan.2017)上发表了题为“Low-Profile Dual-Band Filtering Patch Antenna and ItsApplication to LTE MIMO System”的文章，利用微带天线跟滤波电路串联，来实现具有滤波特性的单极化天线。C.-X.Mao等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.63,no.12,pp.5492-5499,Dec.2015)上发表了题为“Multimode Resonator-Fed Dual-PolarizedAntenna Array With Enhanced Bandwidth and Selectivity”的文章，利用微带双极化天线跟滤波电路串联，来实现具有滤波特性的双极化天线。然而，这些天线虽然能够取得良好的滤波特性，但是采用串联电路不可避免地增加了插入损耗，降低了效率。
X.Y.Zhang等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.63,no.12,pp.
5883-5888,Dec.2015)上发表了题为“High-Gain Filtering Patch AntennaWithout Extra Circuit”的文章，不需要额外的滤波天路，通过改变天线自身的内部结构，来实现滤波特性，然而该天线结构不能够拓展为双极化。W.Duan等人在IEEE AntennasWireless Propag.Lett.(vol.64,no.10,pp.4188-4196,Oct.2016)上发表的题为“Dual-Polarized Filtering Antenna With High Selectivity and Low Cross Polarization”中采用H型耦合馈电，不需要额外的滤波电路，能够实现双极化滤波天线。该天线的两介质板之间空气隙较大，从而剖面较大。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于SRR的双极化微带滤波天线，具体技术方案如下：一种基于SRR的双极化微带滤波天线，其特征在于：包括第一金属层(1)、第二金属层(2)、第一介质基板(3)、第二介质基板(4)、金属地(5)；
所述第一金属层(1)印制在第一介质板(3)上层，由第一贴片天线(6)和四个开口谐振环(7)组成；
所述第二金属层(2)印制在第一介质板(3)与第二介质板(4)之间，由第二贴片天线(8)和四个短路开口谐振环(9)组成；短路开口谐振环有一个短路针(901)、一个大开口谐振环(902)和一个小开口谐振环(903)组成；
所述第二金属层(2)由两个同轴线(10)穿过第二介质板(4)进行馈电；
所述第二金属层(2)与金属地(5)之间通过四个短路针(901)相连。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述第一金属层中贴片内部的四个开口谐振环。
进一步地：所述第二金属层中贴片内部的四个短路开口谐振环。
进一步地：所述天线有两层介质板，之间没有空气间隙。
本发明的有益效果为：第一，第一金属层中贴片内部有四个开口谐振环，在随频率变化的增益图上的高频段产生一个辐射零点；
第二，第二金属层中贴片内部有四个短路开口谐振环，在随频率变化的增益图上的低频段产生两个辐射零点；
第三，所述天线有两层介质板，在随频率变化的增益图上的高频段产生一个辐射零点；介质板之间没有空气间隙，有利于天线与前端电路的集成；
第四，所述天线由两个同轴馈电，能够实现双极化特性。
附图说明
图1是本发明实施例1中天线的侧视图；
图2是图1中的第一金属层的俯视图示意图；
图3是图1中的第二金属层的俯视图示意图；
图4为实施例1中的S参数的仿真与测试结果示意图；
图5为实施例1中的主辐射方向的增益的仿真与测试结果示意图；
图6为实施例1中的4.6GHz、4.9GHz、5.1GHz三个频点的H面辐射方向图；
图7为实施例1中的4.6GHz、4.9GHz、5.1GHz三个频点的E面辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图3所示，为本实施例中的具体结构：
一种基于SRR的双极化微带滤波天线，包括第一金属层1、第二金属层2、第一介质板3、第二介质板4和金属地5；
第一介质板3和第二介质板4都是FR-4介质基板。第一金属层1印制在第一介质板3上层，第二金属层2印制在第一介质板3与第二介质板4之间。第二金属层2由两个同轴线10穿过第二介质板4进行馈电。
第一金属层1由第一贴片天线6和四个开口谐振环7组成。第二金属层2由第二贴片天线8和四个短路开口谐振环9组成；短路开口谐振环9由一个短路针901、一个大开口谐振环902和一个小开口谐振环903组成。
实施例中采用的参数为，第一金属层的贴片长度为12.7mm，谐振环宽度为4.6mm，开口大小为0.8mm。第二金属层的贴片长度为14.9mm，大谐振环宽度为5mm，开口大小为0.8mm，小谐振环宽度为3.2mm，开口大小为0.9mm。FR-4第一介质板3的厚度为3.2mm，介电常数为4.4，第二介质板4的厚度为1mm，介电常数为4.4。
图4是所发明的具有滤波功能的双极化天线的S参数的仿真与测试结果示意图。在4.5-5.1GHz的频率范围内，天线的S11小于10dB，隔离度都大于20dB。
图5为所发明的具有滤波功能的双极化天线的主辐射方向的增益随频率变化的仿真与测试结果示意图。在4.5-5.1GHz的频率范围内，天线的增益约为5dBi，四个增益辐射零点分别为3.45,3.75,5.6和6.1GHz。仿真与测试的结果吻合的很好。
图6为所发明的具有滤波功能的双极化天线在4.6GHz、4.9GHz、5.1GHz三个频点的H面辐射方向图，图7为所发明的具有滤波功能的双极化天线在4.6GHz、4.9GHz、5.1GHz三个频点的E面辐射方向图。三个频点的主极化和交叉极化比大于23dB，辐射方向图稳定，仿真与测试的结果吻合的很好。

Claims (4)

1.一种基于SRR的双极化微带滤波天线，其特征在于：包括第一金属层(1)、第二金属层(2)、第一介质基板(3)、第二介质基板(4)、金属地(5)；
所述第一金属层(1)印制在第一介质板(3)上层，由“十”字形的第一贴片天线(6)和四个方形的开口谐振环(7)组成；四个开口谐振环(7)位于第一贴片天线(6)的“十”字形的四个缺口内部；
所述第二金属层(2)印制在第一介质板(3)与第二介质板(4)之间，由“十”字形的第二贴片天线(8)和四个方形的短路开口谐振环(9)组成；四个开口谐振环(9)位于第二贴片天线(8)的“十”字形的四个缺口内部；
短路开口谐振环(9)由一个短路针(901)、一个大开口谐振环(902)和一个小开口谐振环(903)组成；大开口谐振环(902)和小开口谐振环(903)是嵌套关系，开口位置是相反180°；
所述第二金属层(2)由两个同轴线(10)馈电；
所述第二金属层(2)与金属地(5)之间通过四个短路针(901)相连。
2.根据权利要求1所述一种基于SRR的双极化微带滤波天线，其特征在于：所述第一金属层中位于第一贴片天线的四个缺口内部的四个开口谐振环。
3.根据权利要求1所述一种基于SRR的双极化微带滤波天线，其特征在于：所述第二金属层中位于第二贴片天线的四个缺口内部的四个短路谐振环。
4.根据权利要求1所述一种基于SRR的双极化微带滤波天线，其特征在于：所述天线有两层介质板，之间没有空气间隙。
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